Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học : CÁC SƠ ĐỒ THIẾT BỊ - DỤNG CỤ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỔNG HỢP TỪ PHƯƠNG PHÁP VI SINH VẬT part 1 pptx

27 Chỉång 2 CẠC SÅ ÂÄƯ THIÃÚT BË - DỦNG CỦ SN XÚT CẠC SN PHÁØM TÄØNG HÅÜP TỈÌ PHỈÅNG PHẠP VI SINH VÁÛT Cạc så âäư cäng nghãû âãø sn xút bàòng phỉång phạp vi sinh gäưm mäüt säú låïn cäng âoản. Cọ thãø chia ra nhỉỵng cäng âoản quan trng, tải âọ xy ra sỉû biãún âäøi ngun liãûu hay l sỉû biãún âäøi cạc sn pháøm trung gian. Ton bäü cạc thiãút bë, dủng củ âỉåüc ỉïng dủng âãø thỉûc hiãûn cạc cäng âoản cå bn v cạc cäng âoản phủ âỉåüc gi l så âäư thiãút bë - dủng củ. Sau âáy chụng ta s kho sạt củ thãø cäng nghãû sn xút axit xitric âãø lm r váún âãư trãn. 2.1. SN XÚT AXIT XITRIC Axit xitric l mäüt axit hỉỵu cå ráút phäø biãún trong thỉûc váût. Nọ cọ nhiãưu trong nỉåïc chanh (6 %), nỉåïc lỉûu (9 %), trong qu cam, qut, dỉï a, dáu táy, axit xitric âỉåüc dng nhiãưu trong thỉûc pháøm lm nỉåïc gii khạt, bạnh kẻo, âäư häüp, trong y dỉåüc, dãût, nhüm, nghãư nh, nghãư in, Trỉåïc kia axit xitric chè âỉåüc sn xút tỉì chanh, nhỉng giạ thnh cao v hiãûu sút thu häưi ráút tháúp. Hiãûn nay dng oxy họa gluxit âãø tảo thnh axit xitric do náúm mäúc, hån 90 % axit xitric â âỉåüc sn xút theo phỉång phạp lãn men. 2.1.1. Cạc loải vi sinh váût âãø sn xút axit xitric Aspergillus (Asp.) niger, Asp. clavarus, Penicillium luteum, Penicillium citrinum, Mucor piriformis v nhỉỵng loi Mucor khạc. Nhỉỵng chng ca Asp. niger cho kãút qu cao nháút. 2.1.2. Cå chãú hçnh thnh axit xitric Phỉång trçnh chung ca quạ trçnh chuøn họa âỉåìng thnh axit xitric l: OH4OHC2O3OHC2 278626126 + → + Cå chãú ca sỉû chuøn họa ny cọ thãø âỉåüc biãøu diãùn nhỉ sau: Âỉåìng C 6 H 12 O 6 thy phán thnh axit pyruvic (CH 3 COCOOH) COCOOHHOOCCHCOOCOOHCCH 223 → + 28 (axit oxaloaxetic) COOHHCHCOOHCOHCOOCHCOOHCHCOCOOHHOOCCH 2232 → + (axit axetic) (axit xitric) 2.1.3. Cạc úu täú quút âënh âãún quạ trçnh sn xút axit xitric - Mäi trỉåìng thỉïc àn: Bao gäưm âỉåìng, cạc håüp cháút hỉỵu cå, vä cå. Âãø ni cáúy Asp. Niger sỉí dủng mäi trỉåìng cọ thnh pháưn (g/l): Saccaroza 140; NH 4 NO 3 −2,23; KH 2 PO 4 −1; MgSO 4 ⋅7H 2 O − 0,23. - Mäi trỉåìng lãn men: Nỉåïc 1000 ml + âỉåìng 150 g + NH 4 Cl 1,9 g v bäø sung ZnSO 4 lìm tàng kh nàng têch ly axit xitric. - pH ca mäi trỉåìng: * Âãø náúm mäúc phạt triãøn täút giỉỵ pH = 6. * Âãø lãn men täút giỉỵ pH = 3,4 ÷ 3,5. * Âãø âiãưu chènh pH thỉåìng dng HCl. Vç âiãưu kiãûn mäi trỉåìng âãø náúm phạt triãøn v âãø thu axit xitric l khạc nhau nãn trong sn xút phi chøn bë mäi trỉåìng cho náúm phạt triãøn âáưy â, sau âọ âiãưu chènh mäi trỉåìng thêch håüp âãø lãn men xitric. - Sỉû thoạng khê: Táút c mixen ca náúm mäúc l loải hiãúu khê âiãøùn hçnh, ráút cáưn oxy tỉû do. Trong sn xút cọ thãø thỉûc hiãûn âỉåüc bàòng quảt giọ vä trng vo phng lãn men hồûc thäøi khê vä trng vo dëch lãn men. - nh hỉåíng ca nhiãût âäü: Nhiãût âäü thêch håüp khong 31 ÷ 37 o C. Sinh khäúi náúm mäúc phạt triãøn mảnh åí 34 ÷ 37 o C. Âãø tảo ra nhiãưu axit cáưn duy trç nhiãût âäü 31 ÷ 32 o C. Nhiãût âäü tháúp hån thç têch ly nhiãưu axit gluconic. Nhiãût âäü cao hån thç viãûc tảo axit xitric bë kçm hm. - Thåìi gian ni cáúy tỉì 7 âãún 10 ngy. 2.1.4. Cäng nghãû sn xút axit xitric Sn xút axit xitric cọ thãø thỉûc hiãûn theo phỉång phạp bãư màût hồûc cáúy chçm. Trong phỉång phạp näøi (bãư màût) mäúc tảo thnh mng näøi trãn mäi trỉåìng thỉïc àn; Trong phỉång phạp chçm (cáúy sáu) mäúc tảo thnh såüi nàòm trong ton bäü mäi trỉåìng lng. Phỉång phạp chçm cọ nhiãưu ỉu viãûc hån phỉång phạp näøi, cho phẹp tàng nàng sút. Hiãûn nay ni cáúy ch úu bàòng phỉång phạp chçm vç cạc cäng âoản âãưu âỉåüc 29 thanh trng, tảo âỉåüc chãú âäü cäng nghãû bãưn vỉỵng, rụt ngàõn âỉåüc thåìi gian lãn men, dãù tỉû âäüng họa, gim âỉåüc lao âäüng nàûng nhc. * Cäng nghãû sn xút củ thãø bao gäưm cạc cäng âoản sau: 1. Ni cáúy náúm mäúc (ni cáúy trong phng thê nghiãûm v nhán giäúng trong sn xút) Chøn bë dung dëch rè âỉåìng 3 ÷ 4% trong thng ni cáúy åí nhiãût âäü 35 ÷ 38 o C. Bäø sung dung dëch cạc cháút dinh dỉåỵng vo thng ni cáúy. Chuøn men giäúng tỉì phng thê nghiãûm vo theo t lãû 3 gam bo tỉí khä /2 ÷ 3 lêt dung dëch rè âỉåìng. Sau âọ måí cạnh khúy v cung cáúp khäng khê vä trng (nảp khäng khê v âo träün sút quạ trçnh nhán giäúng). Duy trç ạp sút trong thng 0,1 ÷ 0,2 at, t o = 34 ÷ 35 o C v thåìi gian 28 ÷ 36 h. Thåìi k âáưu cho oxy vo våïi lỉåüng 9 ÷10 m 3 /h, thåìi k cúi (24 ÷ 30 h) l 90 ÷100 m 3 /h. 2. Chøn bë dëch lãn men Trỉåïc hãút phi dng håi cao ạp âãø tiãût trng thiãút bë v âỉåìng äúng. Rè âỉåìng âỉåüc pha thnh hai loải näưng âäü: näưng âäü 3 ÷ 4% âãø ni cáúy mäúc giäúng v lãn men ban âáưu. Näưng âäü 25 ÷ 28% âãø bäø sung trong quạ trçnh lãn men. Âãø pha chãú dëch lãn men, dng nỉåïc vä trng träün våïi dung dëch cạc múi dinh dỉåỵng v rè âỉåìng räưi khúy âãưu. Mäi trỉåìng 3 ÷ 4 % âỉåüc pha chãú trong thiãút bë lãn men. Sau âọ cho mäúc giäúng tỉì thiãút bë ni cáúy vo v tiãúp tủc khúy träün trong 30 phụt. 3. Lãn men Trong quạ trçnh lãn men, lỉåüng âỉåìng gim nhanh , âãø b lải dng dung dëch rè cọ näưng âäü 25 ÷ 28 % âãø bäø sung giạn âoản vo thiãút bë lãn men. Thåìi k âáưu giỉỵ åí 33 ÷ 34 o C, khi tảo axit mảnh thç giỉỵ åí nhiãût âäü 31 ÷ 32 o C. Thåìi k âáưu cung cáúp 100 m 3 /h (thãø têch thiãút bë 50 m 3 ). Thåìi k cúi 800 ÷1000 m 3 /h. 4. Tạch náúm mäúc Kãút thục quạ trçnh lãn men bàòng cạch kiãøm tra máùu. Nãúu hai máùu kiãøm tra cạch nhau 4 ÷ 6 h m cọ âäü axit nhỉ nhau thç coi nhỉ kãút thục quạ trçnh lãn men. Thåìi gian lãn men cọ thãø kẹo di 5 ÷ 10 ngy, phủ thüc vo hoảt lỉûc ca náúm mäúc. Khi kãút thục quạ trçnh lãn men thç âun nọng dëch lãn men 60 ÷ 65 o C v chuøn vo thng trung gian âãø tạch náúm mäúc. Náúm mäúc âỉåüc tạch trãn mạy lc chán khäng. 30 5. Taỷo canxi xitrat Dung dởch õaợ lón men laỡ họựn hồỹp gọửm: axit xitric, axit gluconic, axit oxalic, õổồỡng khọng lón men vaỡ caùc hồỹp chỏỳt khoaùng. Taùch axit xitric bũng caùch cho lión kóỳt vồùi cation canxi õóứ taỷo muọỳi ờt tan canxi xitrat. Dung dởch õaợ lón men cho vaỡo thióỳt bở trung hoỡa vaỡ õun sọi. Sau õoù mồớ caùnh khuỏỳy vaỡ cho sổợa vọi vaỡo õóứ trung hoỡa. Quaù trỗnh trung hoỡa õổồỹc kóỳt thuùc khi pH = 6,8 ữ 7,5. Khi trung hoỡa taỷo thaỡnh: OH6)OHC(Ca)OH(Ca3OHC 2275632786 +=+ axit xitric canxi xitrat OH2)OHC(Ca)OH(CaOHC2 22711627126 + = + axit gluconic canxi gluconat OH2OCaC)OH(CaOHC 2422422 +=+ axit oxalic canxi oxalat Duỡng thióỳt bở loỹc chỏn khọng taùch caùc chỏỳt kóỳt tuớa canxi xitrat vaỡ canxi oxalat rọửi õem sỏỳy khọ. 6. Taùch canxi xitrat Duỡng H 2 SO 4 õóứ taùch canxi xitrat (trong thióỳt bở taùch coù caùnh khuỏỳy, ọỳng phun hồi vaỡ thoaùt hồi). ỏửu tión cho nổồùc vaỡo thióỳt bở 0,25 ữ 0,5 m 3 / 1 tỏỳn axit xitric chổùa trong xitrat, mồớ caùnh khuỏỳy vaỡ cho chỏỳt kóỳt tuớa vaỡo. óứ laỡm trong axit xitric duỡng than hoaỷt tờnh vồùi lổồỹng 2% so vồùi lổồỹng axit xitric trong xitrat. Sau õoù õem õun noùng lón 60 o C vaỡ cho H 2 SO 4 coù tyớ troỹng 1,8 ữ1,84 vaỡo (0,425 lờt H 2 SO 4 / 1kg axit xitric coù trong xitrat). Khuỏỳy õóửu rọửi õun sọi 10 ữ 15 phuùt. 47864227563 CaSO3OHC2SOH3)OHC(Ca + = + óứ taùch canxi oxalat khi coù mỷt axit xitric, sổớ duỷng 1 lổồỹng dổ axit sunfuric, khi õoù canxi oxalat seợ kóỳt tuớa cuỡng vồùi thaỷch cao õổồỹc taỷo thaỡnh vaỡ luùc õoù trong dung dởch chố coỡn axit xitric. óứ taùch dung dởch axit xitric khoới kóỳt tuớa coù chổùa thaỷch cao, canxi oxalat, than, caùc hồỹp chỏỳt sunfua cuớa kim loaỷi nỷng. Chuyóứn họựn hồỹp vaỡo loỹc chỏn khọng, dung dởch sau khi loỹc õem sỏỳy. 7. Sỏỳy dung dởch axit xitric trong thióỳt bở sỏỳy chỏn khọng Giai õoaỷn õỏửu sỏỳy õóỳn tyớ troỹng 1,24 ữ 1,26 Giai õoaỷn hai sỏỳy õóỳn tyớ troỹng 1,32 ữ 1,36 tổồng ổùng vồùi nọửng õọỹ 80 %. 8. Kóỳt tinh vaỡ sỏỳy khọ axit xitric Khi nhióỷt õọỹ cuớa dung dởch 35 ữ 37 o C thỗ cho mỏửm kóỳt tinh (tinh thóứ axit xitric) 31 vo âãø kãút tinh v tiãúp tủc lm ngüi 8 ÷10 o C v cho khúy liãn tủc trong 30 phụt. Sau âọ cho qua thiãút bë ly tám âãø tạch tinh thãø räưi âỉa âi sáúy khä (dng thiãút bë sáúy kiãøu bàng ti, tạc nhán sáúy l khäng khê våïi nhiãût âäü khäng quạ 35 o C). Ton bäü quy trçnh cäng nghãû bao gäưm cạc cäng âoản cå bn v thiãút bë ỉïng dủng tỉång ỉïng âỉåüc trçnh by trong bng sau 2.1. Bng 2.1 Cäng âoản cå bn Thiãút bë tỉång ỉïng (hçnh 2.1) - Chøn bë mäi trỉåìng dinh dỉåỵng rè âỉåìng âãø lm canh trỉåìng - Thiãút bë náúu säú 4 - Thanh trng mäi trỉåìng - Ni cáúy (sủc khê liãn tủc v âo träün) - Chøn bë v thanh trng mäi trỉåìng âãø sn xút låïn dảng cäng nghiãûp - Lãn men cäng nghiãûp - Lc v rỉía mixen - Thạp thanh trng säú 6, bäü giỉỵ nhiãût säú 7, bäü trao âäøi nhiãût säú 8 - Näưi ni cáúy säú 10 - Thiãút bë náúu, thiãút bë thanh trng - Näưi lãn men cäng nghiãûp säú 11 - Lc chán khäng säú 15, thng chán khäng säú 17 1- Thng âãø bo qun rè âỉåìng; 2- Thng chỉïa rè âỉåìng; 3- Cán ; 4- Näưi náúu; 5- Thng trung gian âãø chỉïa mäi trỉåìng dinh âỉåỵng; 6- Thạp thanh trng; 7- Bäü giỉỵ nhiãût; 8- Bäü trao âäøi nhiãût; 9- Thiãút bë cáúy; 10- Näưi ni cáúy;11- Näưi lãn men cäng nghiãûp; 12- Bäü lc vi khøn; 13- Thng chỉïa dung dëch lãn men;14- Båm dung dëch; 15- Lc chán khäng âãø tạch v rỉía mixen bàòng nỉåïc nọng; 16- Thng chỉïa mixen â âỉåüc rỉía; 17- Thng chán khäng chỉïa mixen; 18- Thng chỉïa cháút lc âãø tạch axit xitric K häng kh ê K häng kh ê Thi mixen Gia cäng cháút lc H çnh 2.1. Så âäư thu nháûn axit xitric bàòng phỉång phạp lãn men chçm trong cạc dung dëch rè âỉåìng K häng kh ê K häng khê nẹn . Näưi ni cáúy ;1 1- Näưi lãn men cäng nghiãûp; 1 2- Bäü lc vi khøn; 1 3- Thng chỉïa dung dëch lãn men ;1 4- Båm dung dëch; 1 5- Lc chán khäng âãø tạch v rỉía mixen bàòng nỉåïc nọng; 1 6- Thng chỉïa. nhiãût säú 8 - Näưi ni cáúy säú 10 - Thiãút bë náúu, thiãút bë thanh trng - Näưi lãn men cäng nghiãûp säú 11 - Lc chán khäng säú 15 , thng chán khäng säú 17 1- Thng âãø. 2- Thng chỉïa rè âỉåìng; 3- Cán ; 4- Näưi náúu; 5- Thng trung gian âãø chỉïa mäi trỉåìng dinh âỉåỵng; 6- Thạp thanh trng; 7- Bäü giỉỵ nhiãût; 8- Bäü trao âäøi nhiãût; 9- Thiãút bë cáúy; 10 -